基于条件生成对抗网络进行tFUS声学聚焦仿真的可行性研究

《Procedia CIRP》：A Feasibility Study on Acoustic Focusing Simulation for tFUS Using Conditional Generative Adversarial Network

　　

广诚|王硕|马奇远|李楠雅

中国南京210016，南京航空航天大学机电工程学院

摘要

经颅聚焦超声技术能够将声能透过颅骨传递并聚焦到大脑的特定区域。利用K-Wave工具箱进行的数值模拟为超声波的传播与聚焦机制提供了重要见解。然而，过慢的模拟速度阻碍了对经颅聚焦超声技术的实时可视化与分析。本文采用条件生成对抗网络框架，用于预测经颅聚焦超声相控阵产生的声场。通过K-Wave工具箱，以CT扫描重建的人体颅骨模型为对象，模拟了128元素球形相控阵的声波传输过程，进而生成了经颅声场数据集。研究计算了压力分布、聚焦尺寸及相位延迟等关键参数。所设计的条件生成对抗网络架构可直接将颅骨几何结构及换能器参数映射为颅内声场，从而避免耗时的数值模拟。计算结果表明，基于条件生成对抗网络的模拟能够有效预测声场特性，包括因颅骨变形导致的焦点偏移误差。